[发明专利]一种硅基电光逻辑或/或非门

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基光逻辑或/或非门，尤其是涉及一种硅基电光逻辑或/或非门。

背景技术

随着现代信息量的迅猛增长，人们对处理器信息处理能力要求越来越高，因此现有的处理器大都采用并行的多核结构。而如何在核与核以及核与外部的存储单元之间实现高效的数据交换与处理成为了亟待解决的问题。虽然速度、功耗以及带宽局限了电互连在现代高性能信息传输和处理系统中的应用，形成所谓的“电子瓶颈”。但是光是理想的信息载体，具有高速、大容量及并行的内在特性，作为目前的优势技术，硅基光子学可为解决这一问题提供了有效的途径。

光逻辑器件在光交换、光计算以及光互连中扮演着重要角色，近年来受到了越来越多的关注。光逻辑或/或非门是基本的光逻辑器件。现有的硅基光逻辑或/或非门，根据处理光信息的方式不同，可分为硅基全光逻辑或/或非门、硅基热光逻辑或/或非门和硅基电光逻辑或/或非门。硅基全光逻辑或/或非门通过利用泵浦光来控制信号光的输出，其工作原理主要是直接或间接地利用波导的非线性效应，譬如硅材料中的双光子吸收效应。虽然硅基全光逻辑或/或非门可以快速的运行，但是通过非线性效应实现逻辑功能时需要大脉冲使其不便于大规模集成。硅基热光逻辑或/或非门是利用硅材料中的热光效应实现电信号控制信号光，没有伴随的附加损耗，便于大规模集成，但是其速度比较慢，处于毫秒量级，远不能满足高速光交换、光计算和光互连的要求。硅基电光逻辑或/或非门利用硅材料具有较强的载流子色散效应来弥补硅基热光逻辑或/或非门速度慢的缺陷。载流子色散效应是硅材料中间接的电光效应，利用外加电压引起载流子浓度发生变化从而改变吸收系数和有效折射率。微环谐振腔具有灵活、紧凑以及低功耗等优势，所以被认为是构建硅基电光逻辑或/或非门的理想基本光学结构单元。但是，采用微环谐振腔结构的硅基电光逻辑或/或非门，由于环与环之间的耦合以及不同波长调谐转换时，容易出现毛刺而导致消光比较低，而且受其客观结构限制带宽较窄，制作容差较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高消光比、高速、大带宽和大制作容差的硅基电光逻辑或/或非门。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硅基电光逻辑或/或非门，包括两个结构相同的2×2MZI型电光开关和一个2×1MMI耦合器，所述的2×2MZI型电光开关具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的2×1MMI耦合器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的两个结构相同的2×2MZI型电光开关分别为第一2×2MZI型电光开关和第二2×2MZI型电光开关；所述的第一2×2MZI型电光开关的第一输出端和所述的2×1MMI耦合器的第一输入端连接，所述的第一2×2MZI型电光开关的第二输出端和所述的第二2×2MZI型电光开关的第一输入端连接，所述的第二2×2MZI型电光开关的第一输出端和所述的2×1MMI耦合器的第二输入端连接，所述的2×1MMI耦合器的输出端为或逻辑输出端，所述的第二2×2MZI型电光开关的第二输出端为或非逻辑输出端。

所述的2×2MZI型电光开关包括两个结构相同的相移臂和两个结构相同的2×2MMI耦合器，所述的2×2MMI耦合器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的两个结构相同的2×2MMI耦合器分别为第一2×2MMI耦合器和第二2×2MMI耦合器，所述的两个结构相同的相移臂分别为第一相移臂和第二相移臂；所述的第一2×2MMI耦合器的第一输入端为所述的2×2MZI的第一输入端，所述的第一2×2MMI耦合器的第二输入端为所述的2×2MZI型电光开关的第二输入端，所述的第一2×2MMI耦合器的第一输出端通过所述的第一相移臂和所述的第二2×2MMI耦合器的第一输入端连接，所述的第一2×2MMI耦合器的第二输出端通过所述的第二相移臂和所述的第二2×2MMI耦合器的第二输入端连接，所述的第二2×2MMI耦合器的第一输出端为所述的2×2MZI型电光开关的第一输出端，所述的第二2×2MMI耦合器的第二输出端为所述的2×2MZI型电光开关的第二输出端。该结构通过两个结构相同的基于干涉效应的MZI型电光开关和一个基于自镜像效应的2×1MMI耦合器组合，并利用基于自镜像效应的2×2MMI耦合器作为MZI型电光开关的分束和合束功能单元，可以进一步拓展带宽速度和提高消光比，且具有较大制作容差。